Гидротехнические сооружения

ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ

СООРУЖЕНИЯ

2021

Москва

«ИНФРАМ»

2-е издание, исправленное и дополненное

Утверждено

Министерством образования Республики Беларусь 

в качестве учебника для студентов учреждений высшего образования 

по специальности «Мелиорация и водное хозяйство»

(соответствует направлению подготовки 

35.03.08 «Водные биоресурсы и аквакультура»;

специальности 08.05.01 «Строительство уникальных 

зданий и сооружений»)

М.В. НЕСТЕРОВ

УДК 626.8(075.8)
ББК 38.77я38
 
Н56

Нестеров, М.В.

Гидротехнические сооружения : учебник / М.В.  Нестеров. — 

2-е изд., испр. и доп.  — Москва : ИНФРА-М, 2021. — 601 с. : 
ил. — (Высшее образование: Бакалавриат).

ISBN 978-5-16-010306-8 (ИНФРА-М, print).
ISBN 978-5-16-102246-7 (ИНФРА-М, online).

Рассмотрены конструкции и методы расчета речных и внутрисис
темных гидротехнических сооружений. Приведены примеры расчетов. 
При освещении всех разделов курса широко использованы действующие нормативные документы. Учтены наиболее важные достижения 
в области мелиоративной гидротехнической науки за последние годы.

Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специ
альности «Мелиорация и водное хозяйство». Может быть полезен учащимся средних специальных учебных заведений, а также специалистам, занимающимся проектированием, строительством и эксплуатацией гидротехнических сооружений.

УДК 626.8(075.8)

ББК 38.77я38

Н56

 
© Нестеров М.В., 2014, 

с изменениями
 
© ООО «Новое знание», 2014

Р е ц е н з е н т ы:

кафедра гидротехнического и энергетического строительства Белорусского национального технического университета;
зав. кафедрой сельскохозяйственных гидротехнических мелиораций Брест- 
ского государственного технического университета, кандидат технических наук, доцент Н.Н. Водчиц

ISBN 978-5-16-010306-8 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-102246-7 (ИНФРА-М, online)

ФЗ 

№ 436-ФЗ

Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

Оглавление

Предисловие.............................................................................................................. 9

Введение...................................................................................................................11
1..Значение.воды.в.жизни.человека...............................................................11
2..Водные.ресурсы.России.и.Беларуси,.водное.хозяйство.
и.его.отрасли......................................................................................................12
3..Краткие.исторические.сведения.о.гидротехническом.
строительстве.и.перспективы.его.развития............................................19

Глава 1. Общие сведения о гидротехнических сооружениях...........27
1.1..Классификация.гидротехнических.сооружений................................27
1.2..Особенности.и.условия.работы.гидротехнических..
сооружений.......................................................................................................31
1.3..Методы.проектирования.гидротехнических.сооружений..............35

Глава 2. Фильтрация в основании водоподпорных сооружений 
и в обход их.............................................................................................................38
2.1..Общие.сведения.о.фильтрации................................................................38
2.1.1..Фильтрационный.поток.в.основании.сооружений...............38
2.1.2..Составные.части.флютбета.и.силы,.действующие..
на.него....................................................................................................43
2.2..Задачи.и.методы.фильтрационных.расчетов......................................49
2.2.1..Понятие.о.фильтрационных.расчетах........................................49
2.2.2..Определение.минимальной.допустимой.длины.
подземного.контура...........................................................................51
2.2.3..Расчеты.по.гидродинамической.сетке.......................................53
2.2.4..Расчет.фильтрации.методом.коэффициентов.
сопротивления.Р.Р..Чугаева...........................................................60
2.2.5..Расчет.фильтрации.методом.удлиненной.контурной..
линии......................................................................................................72
2.3..Дренажи,.шпунтовые.стенки.и.фильтрационные..
деформации......................................................................................................73
2.3.1..Роль.дренажей.и.шпунтовых.стенок.в.подземном..
контуре...................................................................................................73
2.3.2..Фильтрационные.деформации.....................................................84
2.4..Фильтрация.воды.в.береговых.примыканиях....................................97
2.4.1..Общие.сведения.................................................................................97
2.4.2..Фильтрационные.расчеты..............................................................98

Оглавление
4

Глава 3. Каналы и гидротехнические сооружения на них................101
3.1..Классификация.гидротехнических.сооружений............................................. 101
3.2..Каналы.............................................................................................................102
3.2.1..Общие.сведения...............................................................................102
3.2.2..Гидравлический.расчет.каналов.................................................105
3.2.3..Расчет.фильтрации.из.каналов...................................................121
3.2.4..Расчет.устойчивости.каналов.....................................................129
3.3..Водопроводящие.сооружения.................................................................135
3.3.1..Общие.сведения...............................................................................135
3.3.2..Акведуки.............................................................................................136
3.3.3..Дюкеры................................................................................................142
3.4..Водорегулирующие.сооружения............................................................149
3.4.1..Общие.сведения...............................................................................149
3.4.2..Открытые.регуляторы.(шлюзы-регуляторы).......................151
3.4.3..Диафрагмовые.шлюзы-регуляторы..........................................167
3.5..Трубчатые.водорегулирующие.сооружения......................................168
3.5.1..Общие.сведения...............................................................................168
3.5.2..Режимы.работы.трубчатых.сооружений.................................169
3.6..Сопрягающие.сооружения.......................................................................173
3.6.1..Выбор.типа.сопрягающих.сооружений...................................173
3.6.2..Перепады.............................................................................................176
3.6.3..Быстротоки........................................................................................182
3.6.4..Консольные.перепады....................................................................187

Глава 4. Грунтовые плотины...........................................................................195
4.1..Плотины.из.грунтовых.материалов.и.их.классификация...........195
4.2..Выбор.типа.плотины..................................................................................198
4.3..Выбор.и.расчет.основных.размеров.профиля.плотин...................208
4.4..Крепление.откосов......................................................................................222
4.5..Дренажи.грунтовых.насыпных.плотин...............................................235
4.6..Фильтрационные.расчеты.плотин.........................................................243
4.6.1..Общие.сведения.и.задачи.фильтрационных..
расчетов...............................................................................................243
4.6.2..Допущения.при.расчетах.и.расчетные.схемы.......................245
4.6.3..Расчет.положения.депрессионной.кривой.
и.фильтрационного.расхода.........................................................247
4.6.4..Расчет.фильтрационной.прочности.плотин..
и.их.оснований..................................................................................269
4.7..Расчет.устойчивости.откосов.грунтовых.плотин............................272
4.7.1..Общие.сведения...............................................................................272

Оглавление
5

4.7.2..Расчет.устойчивости.откосов.по.круглоцилиндрической.
поверхности.скольжения..............................................................275
4.7.3..Расчет.устойчивости.экрана........................................................283
4.8..Расчеты.осадок.тела.и.основания.плотины.......................................283
4.8.1..Напряженное.состояние.грунта.................................................283
4.8.2..Учет.осадок.в.грунтовых.плотинах...........................................284
4.8.3..Расчет.осадок.....................................................................................285
4.8.4..Приближенная.оценка.вертикальных.деформаций.
гребня.плотины................................................................................287

Глава 5. Водопропускные сооружения при плотинах 
из местных материалов....................................................................................288
5.1..Назначение.и.классификация.водопропускных.сооружений.....288
5.2..Водосбросные.сооружения.(водосбросы)..........................................289
5.2.1..Общие.сведения...............................................................................289
5.2.2..Открытые.регулируемые.береговые.
поверхностные.водосбросы..........................................................293
5.2.3..Открытые.нерегулируемые.(автоматические).
береговые.водосбросы....................................................................306
5.2.4..Закрытые.автоматические.водосбросы...................................317
5.2.5..Общие.положения.проектирования.
водосбросных.сооружений...........................................................337
5.3..Водозаборные.сооружения.......................................................................343
5.3.1..Общие.сведения...............................................................................343
5.3.2..Типы.водозаборов............................................................................345
5.3.3..Гидравлические.расчеты.водозаборов......................................351
5.4..Водоспускные.сооружения......................................................................356
5.4.1..Общие.сведения...............................................................................356
5.4.2..Типы.водоспусков...........................................................................357
5.5..Водосливные.бетонные.и.железобетонные.плотины.....................375
5.5.1..Назначение.и.особенности.водосливных.плотин................375
5.5.2..Классификация.водосливных.плотин.....................................378
5.5.3..Составные.части.и.элементы.водосливных.плотин...........379
5.5.4..Гидравлический.расчет.водосливных.плотин.......................391

Глава 6. Затворы гидротехнических сооружений................................399
6.1..Общие.сведения.о.механическом.оборудовании.
гидротехнических.сооружений...............................................................399
6.2..Классификация.затворов..........................................................................400

Оглавление
6

6.3..Действующие.силы.и.общие.условия.работы.затворов................402
6.4..Виды.поверхностных.затворов...............................................................406
6.5..Виды.глубинных.затворов........................................................................417
6.6..Плоские.затворы..........................................................................................420
6.6.1..Простейшие.затворы......................................................................420
6.6.2..Плоские.ригельные.затворы........................................................424
6.6.3..Противофильтрационные.уплотнения....................................430
6.6.4..Сила.тяжести.затворов.и.определение.усилий.
для.маневрирования.ими..............................................................433
6.7..Сегментные.затворы.водосливных.отверстий..................................436
6.7.1..Общие.сведения.о.сегментных.затворах.и.условиях.
их.применения..................................................................................436
6.7.2..Составные.части.затвора..............................................................436
6.7.3..Расположение.осей.вращения.сегментного.затвора...........439
6.7.4..Подъемное.усилие.сегментного.затвора.................................441
6.8..Затворы-автоматы.мелиоративных.сооружений.............................444

Глава 7. Водозаборные сооружения и отстойники..............................454
7.1..Назначение.и.классификация.водозаборных.сооружений..........454
7.2..Бесплотинные.водозаборы.......................................................................456
7.3..Плотинные.водозаборы.............................................................................459
7.4..Назначение.и.общая.классификация.отстойников........................463
7.5..Определение.основных.размеров.отстойников................................469
7.6..Биоинженерные.сооружения.на.каналах............................................473

Глава 8. Регулирование русел, борьба с затоплением 
территорий, водной эрозией почв, оврагообразованием..................481
8.1..Общие.сведения...........................................................................................481
8.2..Движение.наносов.в.реках.и.каналах..................................................483
8.3..Формирование.русел.и.основные.направления.воздействия.
на.эрозионные.процессы...........................................................................486
8.4..Методы.регулирования.русел.................................................................491
8.5..Регуляционные.сооружения....................................................................497

Глава 9. Гидротехнические сооружения водного транспорта.........503
9.1..Классификация.водных.путей................................................................503
9.2..Судоходные.каналы....................................................................................505
9.3..Судоходные.шлюзы....................................................................................507
9.4..Судоподъемники..........................................................................................512
9.5..Лесопропускные.сооружения..................................................................513

Оглавление
7

Глава 10. Рыбоводные хозяйства, пруды и сооружения...................516
10.1..Типы.и.системы.прудовых.рыбоводных.хозяйств........................516
10.2..Рыбопитомники.карповых.хозяйств..................................................517
10.3..Система.водоснабжения.рыбоводных.прудов.
и.сооружений.на.ней................................................................................520
10.4..Рыбозащитные.устройства.и.рыбозаградительные..
сооружения..................................................................................................527
10.4.1..Рыбозащитные.устройства.......................................................527
10.4.2..Рыбозаградительные.сооружения..........................................528
10.5..Сооружения.рыбосборно-осушительной.системы........................532
10.5.1..Рыбосборно-осушительные.каналы......................................532
10.5.2..Сбросные.каналы.........................................................................533
10.5.3..Донные.водоспуски.....................................................................534
10.5.4..Рыбоуловители.............................................................................535
10.6..Рыбопропускные.сооружения..............................................................538
10.6.1..Назначение.и.типы.рыбопропускных.сооружений,.
предъявляемые.к.ним.требования.............................................. 538
10.6.2..Рыбоходы........................................................................................540
10.6.3..Угреходы..........................................................................................544
10.6.4..Рыбоподъемники..........................................................................545
10.7..Перспективы.развития.прудового.рыбоводства............................546

Глава 11. Речные гидроузлы, гидросистемы, пруды 
и водохранилища................................................................................................551
11.1..Гидроузлы.и.гидросистемы....................................................................551
11.1.1..Общие.сведения.о.речных.гидроузлах.................................551
11.1.2..Основные.требования.к.компоновке.гидроузлов............554
11.2..Пруды.............................................................................................................557
11.2.1..Общая.классификация.водоемов...........................................557
11.2.2..Характеристика.водоемов.........................................................558
11.2.3..Пруды.Республики.Беларусь..................................................561
11.3..Водохранилища..........................................................................................564
11.3.1..Общие.сведения.о.водохранилищах.
Республики.Беларусь.................................................................564
11.3.2..Изменение.гидрологического.режима.
и.его.воздействие.на.природные.условия.
зоны.водохранилища..................................................................565
11.3.3..Изменение.природных.условий.вокруг..
водохранилища.............................................................................569

Оглавление
8

11.3.4..Изменение.природных.условий.
в.нижнем.бьефе.гидроузлов.....................................................573
11.3.5..Организация.чаши.водохранилищ.
и.противомалярийные.мероприятия....................................574

Глава 12. Развитие и исследование гидротехнических  
сооружений...........................................................................................................577
12.1..Виды.исследований.гидротехнических.сооружений...................577
12.2..Лабораторное.исследование.гидротехнических.сооружений....578
12.2.1..Общие.сведения.о.лабораторных.исследованиях............578
12.2.2..Гидравлические.лабораторные.исследования...................580
12.2.3..Статические.исследования.
гидротехнических.сооружений...............................................588
12.3..Натурные.исследования.гидротехнических.сооружений..........589

Литература.............................................................................................................597

Предисловие

Дисциплина.«Гидротехнические.сооружения».играет.важнейшую. роль. в. подготовке. будущего. инженера. по. специальности.
«Мелиорация.и.водное.хозяйство»,.так.как.современные.водохозяйственные.и,.в.частности,.мелиоративные.системы.должны.быть.
насыщены.достаточным.количеством.гидротехнических.сооружений,.а.управление.водными.ресурсами.и.их.использование.в.тех.
или.иных.целях.осуществляется.посредством.гидротехнических.
сооружений,.эффективность.и.надежность.работы.которых.зависит.во.многом.от.качества.разработки.проектов.
Гидротехнические.сооружения.—.это.различные.сооружения.
и. устройства,. применяемые. для. использования. водных. ресурсов.
в. различных. отраслях. водного. хозяйства,. а. также. сооружения,.
применяемые.для.борьбы.с.вредным.действием.воды.
Вопросы. гидротехнического. строительства. являются. одним.
из.важнейших.элементов.в.общем.комплексе.водохозяйственных.
проблем..Изучение.водных.ресурсов,.эффективное.использование.
естественных.и.искусственных.водоемов.и.водотоков.для.мелиоративного.строительства,.водоснабжения,.рыборазведения.составляют. научную. и. практическую. основу. гидротехники.. Большую.
роль.в.формировании.природного.водного.баланса.играют.экосистемы,.созданные.в.результате.мелиоративного.и.водохозяйственного. строительства.. Построенные. водохозяйственные. объекты. —.
это.не.только.крупные.мелиоративные.системы.и.полносистемные.
рыбоводные.хозяйства,.но.и.аккумулирующие.пруды.и.водохранилища,.позволяющие.срезать.пик.весенних.и.летне-осенних.паводков.и.накопить.сток.для.дальнейшего.использования.в.различных.
отраслях. водного. хозяйства.. Особо. следует. отметить,. что. современная.мелиоративная.система.практически.немыслима.без.строительства. гидротехнических. сооружений.. Поэтому. важно,. чтобы.
в.процессе.обучения.студент.освоил.современные.и.перспективные.
методы.проектирования.и.расчета.гидротехнических.сооружений,.
обеспечивающих. создание. эффективно. работающих. мелиоративных.систем,.обеспечивающих.надежное.регулирование.водно-воздуш.ного.режима.почв.
В. учебнике. рассмотрены. широко. известные. и. сравнительно.
новые.методы.расчета,.представлены.наиболее.распространенные.
конструктивные.решения.сооружений,.а.также.примеры.их.компо

Предисловие
10

новок.в.составе.гидроузлов..Материал.изложен.на.основе.действующих.нормативных.документов.и.в.соответствии.с.типовой.учебной.
программой.по.дисциплине.«Гидротехнические.сооружения».для.
учреждения. высшего. образования. по. специальности. 1-74. 05. 01.
«Мелиорация.и.водное.хозяйство».
Автор.выражает.искреннюю.благодарность.рецензентам:.заведующему. кафедрой. гидротехнического. и. энергетического. строительства.Белорусского.национального.технического.университета,.
кандидату.технических.наук,.доценту.Г.Г..Круглову.и.заведующему.
кафедрой.сельскохозяйственных.гидротехнических.мелиораций.
Брестского. Государственного. технического. университета,. кандидату. технических. наук,. доценту. Н.Н.. Водчицу. за. внимательное.
прочтение.и.ценные.советы.по.улучшению.содержания.учебника.